冲击波强间断的高分辨率低耗散的精确捕捉数值计算方法
A high-resolution and low-dissipation numerical method for accurate capture of shock waves作者机构：北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081
出 版 物：《中国科学：技术科学》 (Scientia Sinica(Technologica))
年 卷 期：2024年第54卷第5期
页 面：870-880页
核心收录：
学科分类：07[理学] 08[工学] 070102[理学-计算数学] 0701[理学-数学]
基 金：国家自然科学基金(批准号:12032006) 爆炸科学与技术国家重点实验室自主研究课题青年基金项目(编号:QNKT23-18)资助。
摘 要：强间断是爆炸冲击波的典型特征之一,如何高效且高分辨率地求解爆炸冲击波强间断是实现爆炸冲击问题精确数值模拟的关键.本文基于传统5阶加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory,WENO)格式提出一种具有更高分辨率、更低耗散的5阶WENO格式.通过引入一种紧凑形式的局部光滑度量对子模板的光滑度进行定量表征,并设计新的全局光滑度量以衡量整体模板的光滑度,能够充分利用各子模板的光滑信息,有效降低强间断附近的耗散.针对现有格式的权值调控系数受网格步长直接限制的缺陷,提出一种能够摆脱网格步长依赖的自适应权值调控系数,使得非线性权值能够随流场变化自动调控.此外,该权值调控系数适当地提高欠光滑模板的权重,避免在网格较粗糙的情况下将欠光滑部分误识别为强间断,从而提高格式分辨率.最后,通过精度测试与典型的具有强间断特性的数值算例表明新计算方法可明显降低强间断附近的耗散,提高传统WENO格式的分辨率,从而实现对爆炸冲击波的锐利捕捉以及冲击波碰撞后复杂流场旋涡结构的高分辨率识别,为爆炸冲击问题的数值模拟仿真和冲击波强间断面的预测提供支撑.
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